Giáo trình Kỹ thuật lò hơi

Giáo trình Kỹ thuật lò hơi ( GS.TS Phạm Xuân Vượng ) Nhiệm vụ của lò hơi là chuyển hoá năng lượng từ các dạng khác nhau khi bị đốt cháy thành dạng năng lượng khác: nước nóng, nước bão hoà hoặc h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

GS.TS PHẠM XUÂN VƯỢNG (CHỦ BIÊN)

PSG.TS NGUYỄN VĂN MUỐN

I Khái niệm về lò hơi

2 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc

2.1 Cấu tạo liên hợp lò hơi

2.2 Các bộ phận của liên hợp nồi hơi

2.3 Bộ phận quá nhiệt

2.4 Bộ phận hâm nóng nước

2.5 Bộ phận hâm nóng không khí

2.6 Nguyên tắc làm việc của lò hơi

3 Nhiên liệu và sản phẩm của nhiên liệu

3.1 Thành phần của nhiên liệu

3.2 Sự cháy của nhiên liệu

3.3 Thể tích không khí lý thuyết cần cho quá trình cháy

4 Phương trình cân bằng nhiệt và hiệu suất thiết bị

4.1 Phương trình cân bằng nhiệt

4.2 Thiết bị nhiệt

Chương II Quá trình cháy và chế tạo lò đốt

1 Quá trình cháy

1.1 Các giai đoạn của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò đốt

1.2 Giai đoạn sấy khô và làm nóng nhiên liệu

1.3 Giai đoạn cháy

1.4 Phản ứng cháy

1.5 Giai đoạn tạo xỉ

2 Phân loại và cấu tạo lò đốt

2.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với buồng lửa

2.2 Phân loại buồng lửa (lò đốt)

Chương III Quá trình sinh hơi, các bề mặt truyền nhiệt

111155688910101011141717202121212121232426262643

1 Bề mặt sinh hơi và cách bố trí

2

Tính nhiệt thiết bị sinh hơi

2.1 Phương trình truyền nhiệt

2.2 Tính nhiệt các bề mặt truyền nhiệt đối lưu

2.3 Hệ số truyền nhiệt

3 Chế độ nước và chất lượng hơi

3.1 Khái niệm chung

3.2 Chỉ tiêu chất lượng nước

3.3 Các biện pháp xử lý nước

Chương IV Hệ thống thông gió

1 Nhiệm vụ của hệ thống thông gió

2 Giải pháp thông gió

Chương V Vận hành và bảo dưỡng

1 Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

1.1 Chỉ tiêu kinh tế

1.2 Chỉ tiêu về chế độ vận hành

2 Chọn số lượng nồi hơi và phân bố phụ tải giữa các lò

Tài liệu tham khảo

4351515354585859606666668282828383101

Chương I : KHÁI NIỆM VỀ LÒ HƠI

1 - NHIỆM VỤ, YÊU CẦU KĨ THỤÂT, PHÂN LOẠI

1.1 Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ của lò hơi là chuyển hoá năng lượng từ các dạng khác nhau khi bị đốt

cháy thành dạng năng lượng khác: nước nóng, nước bão hoà hoặc hơi quá nhiệt Hơi

quá nhiệt là hơi ở nhiệt độ và áp suất cao

1.2 Yêu cầu kĩ thuật.

- Thiết bị sinh hơi phải có năng suất hơi cao (Tấn/giờ), hiệu suất sinh hơi lớn

hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt

- Cấu tạo của thiết bị không quá phức tạp, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa dễ

dàng

- Chi phí nhiên liệu riêng thấp, hiệu suất lò đốt cao

1.3 Phân loại lò hơi.

+ Lò hơi hiện nay chia thành hai loại chính: loại sinh hơi và loại sản xuất nước

nóng Tuy nhiên cũng có một số lò hơi kiêm cả hai chức năng này

Lò hơi loại sinh hơi, thể hiện bằng tấn hơi trong một giờ Một số lò hơi dùng để

chuyển hoá năng lượng nhiệt thành thế năng của hơi, nên có thể đặc trưng bằng côngsuất (KW, MW)

+ Năng suất của lò hơi phân thành ba loại: loại nhỏ ( 15 ÷ 20 T/h); loại trung (160 ÷ 220T/h) và loại lớn (220 ÷ 250T/h) Tuy nhiên việc phân loại này cũng chỉ là quiuớc, vì giới hạn giữa các loại cũng chưa thật chính xác

vuông (N/m2) Hệ số chuyển đổi 1bar = 1.105N/m2 = 1,0196atm

+ Nếu phân loại theo áp lực chia ra lò hơi áp thấp (< 9 atm); lò hơi áp trung bình

(14 ÷ 40 atm); lò hơi áp cao (100 ÷ 140 atm) và áp suất tiêu chuẩn (255atm) Giới hạn

giữa lò hơi áp thấp và lò hơi trung bình chỉ là qui ước

nhiệt độ 5700C và cao hơn nữa

Lò hơi dùng trong công nghiệp, trong ngành năng lượng,

+ Theo kiểu lò hơi người ta có thể phân ra: kiểu trụ đứng, kiểu ống nước đứng

có bề mặt bốc hơi được đốt nóng và loại màn chắn

Sau đây giới thiệu tóm tắt một vài kiểu lò hơi:

a/ - Lò hơi kiểu trụ đứng: có vỏ trụ ngoài 2, thân trụ bên trong 3, phía đáy có thể liên

kết qua tấm đệm hoặc gấp mép trụ bên trong Phía trên có cổ 4, 5 dạng hình cầu; liên

với buồng khói 6 hoặc hệ ống đứng; qua đó khí và khói từ buồng lửa 1 vào ống khói 7.

Nước đưa vào khoảng không gian giữa 2 và 3 Tại đây nước bốc hơi dưới tác dụng của

nhiệt, tập trung giữa 4 và 5; thoát qua ống dẫn hơi Trong quá trình làm việc nước được

cấp liên tục vào bình Loại thiết bị này có năng suất hơi từ 0,2 ÷ 1 T/h; sản xuất hơi bão hoà có áp suất tới 9 atm

a) b)

c)

Hình 1.2 Sơ đồ các kiểu liên hợp lò hơi.

a – Lò hơi trụ - đứng b – Loại ống nước thẳng đứng c – Kiểu màn chắn

- Lò hơi kiểu ống nước đứng (Hình 1.2b).

Gồm hai trống ngang 1, 4 đặt phía trên nhau; liên kết với ống nước sôi 2, 3

đường kính 51 ÷ 60 mm Bao phủ bên ngoài hệ theo chiều dọc, ngang dòng khí khói,

truyền nhiệt vào nước bằng đối lưu Nước cung cấp vào phần trên trống 1 lò hơi Từ đây nước được đun nóng ở ống đi xuống 3 của hệ thống lò hơi, và hướng về trống dưới 4

Ra khỏi trống nước được hâm nóng mạnh, nhờ ống 2 quay trở về trống trên Dưới tácdụng của nhiệt, truyền qua thành ống, làm nước bốc hơi Lực kích thích gây ra chuyểnđộng của nước theo chu kỳ tuần hoàn là do sự sai khác về mật độ của nước ở trên vàdưới Hỗn hợp nước nạp đầy ống lên Tại trống trên của lò hơi, hơi tách khỏi nước đi rakhỏi trống, nước quay trở lại ống xuống

Lò hơi kiểu ống nước đứng có năng suất hơi 2,5 ÷ 50 T/h, áp suất hơi 14 ÷ 40atm Hơi bão hoà hoặc hơi quá nhiệt tới 250, 370, 425 và 4400C

b/ Lò hơi kiểu màn chắn (Hình 1.2c).

Khác nhau chủ yếu là bề mặt hâm nóng kiểu màn chắn 1, liên hợp với buồng lòđốt, vì nhiên liệu rắn cháy ở dạng bột Loại hình này, khi làm việc nước được bốc hơiđồng thời làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt

Loại này dùng cho các trạm điện Năng suất hơi từ 35 ÷ 2500 T/h để sản xuấthơi quá nhiệt có áp suất từ 40 ÷ 255 atm, nhiệt độ 440 ÷ 5850C

Trong lò hơi có chu trình tự nhiên, nước được cung cấp bởi bơm 1, qua bộ hâmnóng nước 2 vào trống trên 3, nước được bốc hơi trong chu trình 4, 5 (Hình 1.3a) Hơitạo ra ở trống 3 đi vào bộ qúa nhiệt 6, và tới nơi tiêu thụ

Hình 1.3 Sơ đồ chuyển động của nước, hỗn hợp hơi và hơi của liên hợp lò hơi.

a - Chu trình tự nhiên b - Chu trình cưỡng bức nhiều lần c - Kiểu thẳng

Lò có chu trình cưỡng bức nhiều lần (Hình 1.3b), tương tự loại chu trình tự

nhiên, nước cấp vào trống 3, chuyển động của nước theo chu trình khép kín 4, 5, nhờ

bơm 7 Tiếp theo hơi từ trống vào bộ quá nhiệt, sau đi tới nơi tiêu thụ

Trong chu trình thẳng (Hình 1.3c), nước cung cấp qua bộ hâm nóng nước, giống

sơ đồ trước, nhưng chu trình bốc hơi khép kín không có Bề mặt đốt nóng bốc hơi 4, 5 là

bề mặt kéo dài bộ hâm nóng nước 2 và cũng trực tiếp vào bề mặt đốt nóng bộ quá nhiệt 6.Như vậy, quá trình bốc hơi của nước chỉ một lần trong bề mặt bốc hơi nóng

quá nhiệt và hơi

được quá nhiệt

trung gian

PP - Chu trình

thẳng với bộ

quá nhiệt và hơi

được quá nhiệt

trung gian

Năng suất hơi (T/h)

0,2; 0,4; 0,7; 1,02,54,0; 6,5; 1015; 20

4,0; 6,5; 10; 15; 206,5; 10; 15; 20; 25;

35; 50; 7560; 90; 120; 160;

220160; 210; 320; 420;

480

320; 500; 640

250; 320; 500; 610150; 1600; 2500

áp suấttuyệtđối củahơi(atm)914

2440100140

140

140255

Nhiệt độ hơi(0C)

Hơi bão hoàHơi bão hoàHơi bão hoàhoặc quá nhiệt250Hơi bão hoàhoặc quá nhiệt370; 425440540570

570

570585

Nhiệt độhơi saukhi qua

bộ quánhiệt(0C)

Nhiệtđộnướccungcấp(0C)5080100

100145215230

230

230260

2 - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC

2.1 Cấu tạo liên hợp lò hơi.

Hiện nay, liên hợp lò hơi là loại thiết bị tương đối phức tạp, ngoài phần tạo hơi,còn có khá nhiều bộ phận phụ trợ

a/ - Lò hơi đốt thủ công.

Đây là loại lò hơi đơn giản gồm các bộ phận chính: Trống (bao hơi) 1 chứa nước

hơi và cũng là bề mặt truyền nhiệt; van hơi chính 2 để điều chỉnh lượng hơi cung cấp.

Van cấp nước 3 để cấp nước vào nồi hơi; ghi lò 4 cố định, đỡ nhiên liệu cháy, đồng thời

có khe hở để không khí cấp vào đốt cháy nhiên liệu và thải tro, xỉ ; cửa gió 7 và cửa cấp

nhiên liệu 8; ống khói 9

- Lò hơi đốt phun.

Đây là loại nồi hơi có thể dùng nhiên liệu lỏng (mazút), nhiên liệu khí (khí thiênnhiên, khí lò cốc, ) nhiên liệu rắn đã nghiền thành bột

Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận: trống 1, van hơi chính 2, đường nước cấp 3,

vòi phun 4, buồng lửa 5, phễu tro lạnh 6 dùng làm nguội các hạt tro xỉ khi thải ra ngoài

trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ 7, bơm nước cấp 8, ống khói 9, bộ sấy không khí 10,

quạt gió 11, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, dàn ống nước lên 15, dãy phestôn

17, bộ quá nhiệt 18 (Hình 1.5.a)

Hình 1.4 Sơ đồ lò đốt thủ công.

b/ - Lò hơi ghi xích (Hình 1.5b).

Thuộc loại lò hơi công suất nhỏ hoặc trung bình Cấu tạo gồm: trống 1, van hơi

chính 2, đường cấp nước 3, ghi lò dạng xích 4, buồng lửa 5, hộp tro xỉ 6, hộp gió 7 cấp

gió cấp 1 qua ghi cho lớp nhiên liệu trên ghi, phễu than 8, ống khói 9, bộ sấy không khí

10, quạt 11, quạt khói 12, bộ hâm nước 13, dàn ống nước xuống 14, ống góp dưới 15,dàn ống nước lên 16, dãy phestôn 17 và bộ quá nhiệt 18

2.2 Các bộ phận của liên hợp nồi hơi

- Bề mặt bốc hơi được đốt nóng.

Hệ thống bề mặt bốc hơi được đốt nóng xác định theo kiểu liên hợp lò hơi Hệ thốngbốc hơi của lò hơi có chu trình tự nhiên (Hình 1.6 và 1.7)

+ Bề mặt bốc hơi được hâm nóng của lò hơi ống nước thẳng đứng bao gồm:

chùm ống nước sôi 2, trống trên 1 và trống dưới 3, màn chắn lửa 6 Nước từ trống qua ống đi xuống 7, vào ống góp 5, và hệ thống ống nối 4 Trống chế tạo bằng thép đườngkính 1000 ÷ 1500 mm Lò hơi loại này làm việc ở áp suất 14 ÷ 40 atm Ống góp cóđường kính tới 219 mm

a)

b)

Hình 1.5 Sơ đồ lò hơi

a/ Loại đốt than phun b/ Lò hơi ghi xích.

+ Bề mặt bốc hơi hâm nóng của lò hơi kiểu màn chắn gồm: trống 2, hệ ống có

màn chắn 6, 7 với ống góp màn chắn 9, 10 ở dưới và 4, 5 ở trên; Hệ thống ống xuống 8

và hệ thống ống liên kết 3

10 http://www.ebook.edu.vn

Trống chế tạo bằng phương pháp hàn, đáy dập Đường kính trống 1200 ÷ 1800

mm, chiều dài gần 18 m Chiều dày thành trống khi áp suất hơi 100 atm là 90 ÷ 100mm; khi áp suất hơi 140 atm thì chiều dày trống lớn hơn Chu trình tuần hoàn tự nhiên

trong ống nước sôi và màn chắn là do tác dụng của lực trọng trường; do sai khác mật độ

nước và hỗn hợp hơi nước trong môi trường hấp dẫn Nếu trong vùng khép kín, xảy ra

hiện tượng, một hệ thống ống này nóng hơn hệ thống ống kia, hoặc một hệ thống ống

nóng dâng lên, trong ống nguội hạ xuống Nguyên nhân do mật độ nước trong ống nóng

giảm và nhiệt độ tăng Kết quả là áp suất của nước ở phần dưới vòng tuần hoàn không

như nhau, phát sinh chuyển động

+ Hệ thống bốc hơi của lò hơi kiểu chu trình cưỡng bức nhiều lần.

dụng của ngoại lực là bơm Số lần trong lò hơi kiểu này khoảng 5 ÷ 10 lần Đặc điểm

làm việc của lò hơi loại này là phân phối nước không đều cho các ống song song

+ Lò hơi có chu trình thẳng, chuyển động của nước và hỗn hợp hơi tương tự loại

lò hơi cưỡng bức nhiều lần Tuy nhiên, ở đây nước và hỗn hợp hơi chỉ đi qua bộ phận

bốc hơi một lần

2.3 Bộ phận quá nhiệt

Bộ phận quá nhiệt thường không có trên lò hơi công nghiệp, vì chỉ dùng với hơi

không quá nóng Bộ phận này dùng trong lò hơi năng lượng, cần hơi có nhiệt độ cao và

entalpi Hiện nay có hai loại bộ qúa nhiệt: loại đối lưu và loại phối hợp

Loại đối lưu thường có một số hàng ống đặt tách riêng khỏi lò

Loại phối hợp cũng tương tự trên, nhưng lại có phần chịu tác động của bức xạ

nhiệt hoặc nửa bức xạ đặt trong lò

Bộ quá nhiệt làm bằng các ống thép có đường kính ngoài 28 ÷ 42 mm Tốc độ

với bộ quá nhiệt thứ nhất 500 ÷ 1200 Kg/m2.h Khi chọn tốc độ chuyển động của hơi, cần lưu ý sức cản thuỷ lực của bộ quá nhiệt không được vượt quá 10% áp suất làm việccủa hơi

11 http://www.ebook.edu.vn

Kiểu ống gang gồm hệ thống ống gang có gờ và một số hàng ngang Số lượng

ống trong hàng ngang xuất phát từ yêu cầu đòi hỏi tốc độ chuyển động của sản phẩm

cháy (6 ÷ 9 m/s trong tải trọng tiêu chuẩn) Số hàng ngang xuất phát từ yêu cầu diện tích

bề mặt hâm nóng của thiết bị

Nhiệt độ của nước vào bộ phận hâm nóng cần vượt quá nhiệt độ đọng sương của

trong ống gang có gờ, với lò cung cấp nước liên tục, lò có thể tích nước trong trống nhỏ,

khi có bộ phận điều chỉnh tự động, cần thấp hơn nhiệt độ bão hoà ở áp suất đã cho và không được nhỏ hơn 200C

2.5 Bộ phận hâm nóng không khí

Bộ phận hâm nóng không khí nhận được gần 7 ÷ 15% nhiệt hữu ích từ lò hơi

Bộ phận hâm nóng không khí chia làm hai loại: loại thu hồi nhiệt và loại hoàn nhiệt.Loại thu nhiệt từ khói vào không khí không đổi qua thành phân chia khói và không khí.Loại hoàn nhiệt, nhiệt truyền từ gạch lò hoàn nhiệt bằng kim loại, được đốt nóng theochu kỳ bởi khí nóng, tích tụ và truyền cho không khí lạnh

Bộ phận hâm nóng không khí loại thu hồi nhiệt là một hệ ống thép mỏng đặtsong song hàn vào tấm bản Ống đường kính 25 ÷ 51 mm, thành dày 1,25 ÷ 1,5 mm.Ống sắp đặt theo hình bàn cờ Khoảng cách giữa các cạnh ngoài ống kề nhau 9 ÷ 15

mm Khói đi trong ống Đốt nóng không khí bên ngoài ống theo chiều ngang ống Tốc

độ khói 10 ÷ 14 m/s Tốc độ không khí nhỏ hơn hai lần tốc độ khói

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc và cấu tạo của lò bao hơi.

12 http://www.ebook.edu.vn

1-bao hơi; 2-phần chứa nước của bao hơi; 3-phần chứa hơi của bao hơi; 4-buồng lửa;

5-vòi phun; 6-đường nhiên liệu tới; 7-các ống dàn đặt xung quanh buồng lửa để sinh hơi;

nước; 12-cấp hai của bộ hâm nước; 13-ống dẫn để đưa nước từ bộ hâm nước vào bao

hơi; 14-ống dẫn hơi bão hoà từ bao hơi tới bộ quá nhiệt; 15-cấp một của bộ quá nhiệt;

16-bộ giảm ôn để điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt; 17-cấp hai của bộ quá nhiệt; 18-cấp

một của bộ sấy không khí; 19-cấp hai của bộ sấy không khí; 20-đường dẫn không khí

vào buồng lửa; 21-đường dẫn không khí nóng tới máy nghiền; 22-tường bảo ôn của lò;

23-buồng quặt để đổi chiều dòng khói; 24-phần đường khói đặt các bề mặt đốt đối lưu;

25-giếng thải xỉ; 27-hút không khí nóng từ đỉnh lò; 28-quạt gió; 29-khử bụi; 30-quạt

khói; 31-ống khói

2.6 Nguyên tắc làm việc của lò hơi

Không khí nóng cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun 5 và cháy,

truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng lửa Nước trong ống được

đốt nóng, sôi và sinh hơi Hỗn hợp hơi nước sinh ra được đưa lên bao hơi Bao hơi dùng

để tách hơi ra khỏi nước Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được đưa trở lại dàn ống, qua các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơinước ở trong các dàn (vì không được hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng lượng cộtnước Do đó môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một chu trình kín Hơi rakhỏi bao hơi được chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành hơi quá nhiệt, có nhiệt độcao

Khói thoát khỏi bộ phận quá nhiệt, nhiệt độ còn cao, do đó bố trí bộ phận hâmnước và bộ phận sấy không khí để tận dụng nhiệt thừa của khói Nhiệt độ khói thải ra khỏi lò chỉ còn 120 ÷ 1800C Quạt khói để hút khói xả ra ngoài ống khói Để tránh bụicho môi trường xung quanh, khói trước khi thải ra được qua bộ phận tách bụi

3 - NHIÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CHÁY CỦA NHIÊN LIỆU

Nhiên liệu sử dụng phổ biến hiện nay gồm:

Nhiên liệu rắn: than đá, than nâu, than bùn, gỗ,

Nhiên liệu lỏng: dầu thô, mazút, xăng,

Nhiên liệu khí: khí lò cao, khí lò cốc, khí ga, khí tự nhiên,

Than đá (than mỡ, than gầy, than ăngtraxít) chất bốc thay đổi từ 2 ÷ 55%

Than bùn là dạng ban đầu của thực vật chuyển hoá thành than đá, độ ẩm 30

÷90%, độ tro 7 ÷ 15%, chất bốc 70% Năng suất toả nhiệt 8500 ÷ 12000 KJ/Kg

Than nâu là dạng tiếp theo của than bùn, độ ẩm 18 ÷ 60%, độ tro 10 ÷ 50%, chấtbốc 30 ÷ 55%, năng suất toả nhiệt 12000 ÷ 16000 KJ/Kg

13 http://www.ebook.edu.vn

Gỗ lă nhiín liệu hữu cơ trẻ nhất, thănh phần gồm câcbon chiếm 50%, Hyđrô khoảng 6%, ôxy khoảng 43%, Nitơ khoảng 0,5 ÷ 1%, độ tro 0,5 ÷ 2%, chất bốc 85%, độ

ẩm thay đổi trong phạm vi rộng

Dầu mazút có thănh phần câcbon 80 ÷ 85%, hyđrô từ 8 ÷ 10%, nhiệt trị khoảng

39000 ÷ 40000 KJ/Kg Dầu lă nhiín liệu dễ bắt lửa, dễ chây, nhiệt trị cao, ít tro (0,1%)

Khí đốt gồm khí thiín nhiín vă khí ga (nhđn tạo) Khí thiín nhiín chủ yếu lă khímítan (CH4), nhiệt trị khoảng 35000 KJ/m3 tiíu chuẩn Khí ga gồm khí lò cốc, khí lòcao, khí lò ga

3.1 Thănh phần của nhiín liệu

Trong nhiín liệu nói chung bao gồm câc chất: câcbon, Hyđrô, lưu huỳnh, ôxy,tro vă ẩm

Câcbon lă thănh phần chây chủ yếu trong nhiín liệu Nhiệt trị của câcbon khoảng 34150 KJ/Kg Lượng câcbon trong nhiín liệu căng cao thì nhiệt trị của nó cũngcăng cao

Hyđrô lă thănh phần chây quan trọng của nhiín liệu Nhiệt trị khoảng 144500KJ/Kg Lượng hyđrô trong nhiín liệu rất ít

Lưu huỳnh lă thănh phần chây trong nhiín liệu Trong than lưu huỳnh tồn tại

dưới ba dạng: Dạng liín kết hữu cơ, khoâng chất vă dạng liín kết sunfat Hai dạng đầu

có thể tham gia quâ trình chây Dạng thứ ba (lưu huỳnh sunfat) không tham gia quâ trình chây mă chuyển thănh tro của nhiín liệu Nhiệt trị của lưu huỳnh khoảng 1/3 nhiệttrị của câcbon Khi chây, lưu huỳnh tạo thănh khí SO2 hoặc SO3 Khí SO3 gặp hơi nướctạo thănh axít H2SO4 Khí SO2 thải ra ngoăi lă khí độc, do đó lưu huỳnh lă thănh phần

có hại của nhiín liệu Bảng 1.2 lă bảng thănh phần của một số loại nhiín liệu

3.2 Sự chây của nhiín liệu

Chây lă phản ứng hoâ học giữa câc thănh phần chây được có trong nhiínliệu vớiôxy chứa trong không khí Trước khi bắt đầu chây, nhiín liệu phải đạt tới nhiệt độ bắtlửa: than đâ lă 400 ÷ 5000C, than nđu lă 250 ÷ 4500C, gỗ 3000C, than bùn 2250C, than cốc 7000C, khí ga 700 ÷ 8000C, khí lò cao 700 ÷ 8000C, dầu mỏ 5800C, hyđrô khoảng

6000C

Khi nhiín liệu chây hoăn toăn, hyđrô tự do kết hợp trực tiếp với câcbon cho tahyđrôcâcbua nhẹ (CH2) hoặc nặng (C2H4) Hai khí năy dễ dăng bắt lửa vă chây với ôxycủa khí chây cho ta khí CO2 vă hơi nước

Khi nhiín liệu chây không hoăn toăn, khí chưa chây vă khí xả từ lò hơi lẵxítcâcbon (CO) vă hyđrôcâcbua Nghiín cứu khí xả cho phĩp đânh giâ chất lượng của

sự chây Muốn chây hoăn toăn, cần phải cung cấp một lượng không khí lớn, có nghĩa lă ôxy Hỗn hợp giữa không khí vă nhiín liệu rất khó hoăn hảo, vì thế cần phải cấp thừa

14 http://www.ebook.edu.vn

một lượng không khí cao hơn lý thuyết Người ta gọi là độ thừa không khí Một độ thừa

không khí quá lớn, lại là điều bất lợi, vì nó làm giảm nhiệt độ của lò

Khi tính nhiệt cần phải xác định thể tích lượng không khí lý thuyết cần cho qúa

trình cháy, thành phần và số lượng sản phẩm cháy Những số liệu này có thể xác định

nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn)

Phương trình cháy hoàn toàn C:

Westph alie Than Sarre

79 4,5 7 1 2,5 6 7500 8,13 7,93

1

0,54 8,47 18,6

7,95

18,65

Than Anh

0,57

Bánh than Westph alie

Than c

ố c 84

8,2 4,2 3,7 1,2 1,7 7,2 7750 8,44 8,23

1,8

0,49 8,72 18,6

20,35

Than nâu thô Bas- Rhin

Than nâu thô

Boh ème Than bùn nén

23,06 1,87 12,07 1 59,28 2,72 37,05 2,88 4,86 1 42,31 6,9

20

6

1940 3275

3800

2,24 2,16 0,45 3,11 20,00 3,83 3,74 0,85 4,59 18,5

0,75

G ỗ khô

Ch ỉ dẫ n: (1) – Chấ p nh ậ n N2 = 1%; (2) – Tr ườ ng h ợ p t ừ 0 0 C và 1,012 bar, ngh ĩ a là b ằ ng (Nm 3 ); A 1 – L

ượ ng không khí c ầ n thi ế t ( b ằ ng

Bảng 1.3

Năng suất Nhiên liệu

Khí ga của

than nâu thô

H2CH4C2H4CO H2O N2CO2O2 toả nhiệt

thấpKcal/N.m3

22

0,50,5

2224

⎯

⎯

5751

8,3 0,27,3 0,2

11701355

3.3 Thể tích không khí lý thuyết cần cho quá trình cháy

Căn cứ vào các phương trình cháy trên, ta có thể xác định được lượng ôxy cầnthiết cho quá trình cháy:

Trong không khí, ôxy chiếm 21%, Nitơ chiếm 79% Do đó thể tích không khí cần thiết

để đốt cháy 1Kg nhiên liệu (rắn, lỏng) là:

Trong khói của quá trình cháy nhiên liệu hầu như luôn có sản phẩm cháy hoàn

toàn và sản phẩm cháy không hoàn toàn Để giảm bớt ảnh hưởng của cháy không hoàn

toàn, thường không khí được cung cấp với độ thừa nhất định Người ta gọi α là hệ sốkhông khí thừa:

Trong đó: Vkk t – là thể tích không khí thực tế (Nm3/Kg) để đốt cháy 1Kg nhiên liệu

Trong cháy lý thuyết (α = 1) trong sản phẩm cháy tồn tại CO2, SO2, N2 và hơinước Đối với khói khô ta có:

Nitơ không tham gia quá trình cháy, vì thế trong khói luôn tồn tại Ta cần biết rằng nitơ

trong nhiên liệu khi cháy đã chuyển vào khói dưới dạng tự do, mặt khác nitơ lại có mặt

trong không khí đi vào lò hơi Thể tích nitơ ứng với lượng không khí lý thuyết đưa vào

lv

bằng 0,79Vkk và theo nhiên liệu làN⋅1

ρ, (ρN 2là khối lượng riêng của nitơ = 1,251

Lượng hơi nước có trong khói gồm: do ôxy hoá hyđrô, do độ ẩm của nhiên liệu, độ ẩm

không khí, do hơi nước dùng để phun dầu mazút khi đốt nó Vậy thể tích lý thuyết của

2CH

4+ ∑ C H m n ⎯ +0,124d + 0,0161V kk

− ⋅1 V kk

Thể tích khói thực tế:

V t H O

Ở đây: A - Độ tro của nhiên liệu

ab - Tỉ lệ độ tro của nhiên liệu phân phối theo khói

C tro - Tỉ nhiệt của tro ở nhiệt độ t (Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Entalpi của Nm3 các khí và của 1kg tro.

Nhiệt độ ,

0C

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500

(C.t)kk, kJ/m3tc

129,95

261,24 394,89 531,20 670,90 813,36 958,86

1090,56

1256,94 1408,70 1562,55 1718,16

1874,86 2032,52 2191,50 2351,68 2512,26 2674,26 2836,32 3000,00 3163,02 3327,50 3492,32 3658,08 3823,00

(C.t) co2,kJ/ m3tc

170,03 357,46 558,81 771,88 994,35 1224,66

1431,07 1704,88 1952,28 2203,50 2458,39 2716,56

2976,74 3239,04 3503,10 3768,80 4035,31 4304,70 4573,98 4844,20 5115,39 5386,48 5658,46 5930,40 6202,75

(C.t) H 2 0,

kJ / m3tc

151,02

304,46 462,72 626,16 794,85 968,88

1148,84

1334,40 1526,13 1722,90 1925,11

2132,28 2343,64 2559,20 2779,05 3001,76 3229,32 3458,34 3690,57 3925,60 4163,04 4401,98 4643,47 4887,60 5132,00

(C.t) r ,kJ/ kg

81,0 169,8 264 360 458 560

662,5

768 825 985 1092

1212 1360 1585 1758 1880 2065 2185 2385 2514 2640 2762

⎯

⎯

⎯

21 http://www.ebook.edu.vn

4 – PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT VÀ HIỆU SUẤT THIẾT BỊ

4.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Quan hệ giữa lượng nhiệt thu vào và lượng nhiệt chi phí gọi là sự cân băng nhiệt

Trong tính toán nhiệt, sự cân bằng nhiệt sử dụng các số liệu định mức để xác định chi

phí giờ tính toán của nhiên liệu đối với liên hợp lò hơi thiết kế

Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu gồm hai phần: Phần hữu ích và phần

cho.Phần tổn thất là phần mất đi trong quá trình làm việc của lò Ứng với 1 kg nhiên

trình cân bằng nhiệt tổng quát:

Qcc = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 (kJ/kg)

Ở đây:

Qcc - lượng nhiệt cung cấp (kJ/kg)

Q1 - lượng nhiệt hữu ích (kJ/kg)

Q2 - tổn thất nhiệt do khói thải ra ngoài (kJ/kg)

Q3 - tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học (kJ/kg)

Q4 - tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học (kJ/kg)

Q5 - tổn thất nhiệt ra môi trường do toả nhiệt (kJ/kg)

Q6 - tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài (kJ/kg)

Qt lv – nhiệt trị thấp của nhiên liệu

Qnl - nhiệt vật lý của nhiên liệu

Qnl = Cnl.tnl Cnl – tỉ nhiệt của nhiên liệu (KJ/Kg0C)

22 http://www.ebook.edu.vn

C = C k

⋅100−W lv + 4,184⋅ W lv

(KJ/Kg0C)

Cknl – tỉ nhiệt của nhiên liệu khô

Nhiệt lượng do không khí được sấy nóng nhờ nguồn nhiệt ngoài:

và đầu lạnh C T kk⋅kkn và (Ckk.Tkk)l nhiệt độ và tỉ nhiệt của không khí ở đầu nóng

Lượng nhiệt do hơi phun vào lò hơi:

Ở đây GP – lượng hơi tiêu hao ứng với 1 kg nhiên liệu

iP - entalpi của hơi

2500 – entalpi của hơi trong khói

+ Lượng nhiệt hữu ích khi không dùng hơi bão hoà, không có bộ quá nhiệt

trung gian

Q1= D (i qn− i nc)

D – sản lượng hơi của lò (Kg/h)

B - lượng nhiên liệu tiêu hao (Kg/h)

iqn, iqc - entalpi của hơi quá nhiệt và của nước cấp

+Tổn thất nhiệt do khói mang đi:

Ith – entalpi của khói thải Ith=Vth.Cth.trh

Ikkl – entalpi của không khí lạnh đưa vào lò Ikkl = αth.VKK.CKK.tkkl

23

http://www.ebook.edu.vn

q4 – tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học (%)

+ Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học.

Công thức gần đúng

Q3 =3,2.αCO

Ở đây: α - hệ số không khí thừa tại điểm xác định CO

+ Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn thoàn về cơ học.

Ở đây: kx, kb- tỉ lệ phần trăm thành phần chất cháy trong xỉ, trong tro bay

ax, ab – tỉ lệ độ tro của nhiên liệu phân phối theo đường xỉ và theokhói

+ Tổn thất nhiệt do toả nhiệt ra môi trường xung quanh.

Mặt ngoài lò có nhiệt độ cao hơn môi trường, do đó lượng nhiệt toả ra bằng đối

độ

+ Tổn thất nhiệt do xỉ mang ra.

Xỉ thải ra thường có nhiệt độ còn khá cao do đó gây tổn thất nhiệt do xỉ mang ra

lượng nhiện liệu tiêu hao của lò Các lò hơi lớn thường dùng phương pháp nghịch để

24 http://www.ebook.edu.vn

xác định hiệu suất lò Khi đã xác định được η, ta có thể xác định được lượng nhiên liệutiêu hao:

1 Phân biệt đặc điểm cấu tạo các loại lò hơi sử dụng trong thực tế?

2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên tắc làm việc của lò hơi?

3 Trình bầy các phản ứng cháy của nhiên liệu: Cháy hoàn toàn và cháy khônghoàn toàn?

4 Trình bầy phương trình cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt của thiết bị?

25 http://www.ebook.edu.vn

Chương II : QÚA TRÌNH CHÁY VÀ CẤU TẠO LÒ ĐỐT

1 – QUÁ TRÌNH CHÁY

Cháy là một quá trình ôxy hoá hoàn toàn và nhanh chóng chất đốt, diễn ra ở nhiệt

độ cao đồng thời sinh nhiệt

Đặc tính cháy của nhiên liệu trong từng trường hợp phụ thuộc nhiều yếu tố: Loại

nhiên liệu đốt, phương pháp đốt, đặc tính khí động của quá trình, vv

1.1 Các giai đoạn của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong lò đốt

Quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng lửa xảy ra rất phức tạp, đơn giản hoá

chúng ta có thể chia ra làm 4 giai đoạn:

Đối với nhiên liệu rắn :

- Giai đoạn sấy khô và làm nóng nhiên liệu

- Giai đoạn thoát chất và tạo cốc

- Giai đoạn cháy chất bốc và cốc

- Giai đoạn tạo xỉ ,tro

Đối với nhiên liệu lỏng không có giai đoạn tạo cốc và tạo xỉ Đối với nhiên liệu

khí chỉ có giai đoạn sấy nóng và cháy Ta nghiên cứu dưới đây từng giai đoạn của quátrình cháy

1.2 + Giai đoạn sấy khô và làm nóng nhiên liệu

Trong khi vận hành, nhiên liệu được cung cấp liên tục vào lò đốt, xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa nhiên liệu với ngọn lửa; với khí nóng từ sản phẩm cháy,vớivách lò nóng bằng đối lưu và bức xạ nhiệt

Nhiên liệu được hâm nóng, độ ẩm giảm dần, nhiệt độ tăng dần tới 1000C thì ẩmthoát hết khỏi nhiên liệu, nhiên liệu khô hoàn toàn Nhiệt độ tiếp tục tăng và tới giaiđoạn thoát chất bốc Thời gian sấy phụ thuộc nhiệt độ và độ ẩm ban đầu của nhiên liệu.Cần hiểu rằng không khí ở giai đoạn này chỉ là tác nhân sấy chứ không phải là cấp ôxycho quá trình cháy

+ Giai đoạn thoát chất bốc và tạo cốc

Mỗi loại nhiên liệu thoát chất bốc ở những nhiệt độ khác nhau: than ăngtraxít ở

380o÷ 4000C hoặc cao hơn, than nâu ở 130o÷ 170oC

Quá trình đốt nóng, cácbuahyđrô phân huỷ thành các nguyên tố đơn giản C và

H2 Mêtan (CH4) khó nhiệt phân, phải trên 600oC mới phân huỷ, nhưng lại tạo thànhnhững cácbon ở thể rắn rất khó cháy (muội than hoặc mồ hóng)

1.3 + Giai đoạn cháy

Cháy là quá trình phản ứng hoá học giữa ôxy và các chất cháy được của nhiên liệu, toả nhiệt và ánh sáng Tốc độ cháy phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất cháy

26 http://www.ebook.edu.vn

được Nồng độ thấp, tốc độ cháy chậm, kéo dài Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ cháymạnh hơn nhiều so với nồng độ

Nhiệt độ bắt lửa của nhiên liệu khác nhau thì cũng khác nhau

Sau khi bắt lửa, tốc độ cháy tăng mạnh mặc dầu nồng độ cháy được giảm dần Khi cháy

hết khoảng 80 ÷ 90% chất cháy được thì tốc độ cuối giảm Sau đây ta khảo sát chi tiết

hơn giai đoạn cháy các chất bốc, tức các chất khí cháy được như hyđrô, ôxít cácbon

và giai đoạn cháy cốc

Cháy phần tử nhiên liệu rắn, các chất bốc lan toả trên bề mặt phần tử Ôxy cầncho sự cháy xâm nhập vào bề mặt phần tử bằng khuếch tán phân tử qua lớp khí giới hạnbao quanh nó Sản phẩm cháy thoát khỏi bề mặt phân tử vào môi trường xung quanhcũng bằng khuếch tán qua lớp giới hạn này

a) b)

Hình 2.1 Sơ đồ cháy phần tử nhiên liệu rắn và giọt nhiên liệu lỏng.

a – phân tử nhiên liệu rắn b – giọt nhiêu liệu lỏng

1 – bề mặt phân tử nóng hoặc giọt nhiên liệu lỏng 2 lớp khí giới hạn bao quanh

3 - mặt ngoài lớp giới hạn 4 vùng tạo thành hỗn hợp đốt khi cháy giọt nhiên liệu

5 – vùng cháy của hỗn hợp đốt , O 2 - dòng khuếch tán của ôxy, CO 2 - dòng khuếch tán của axít cácboníc Ký hiệu ′ trên mặt phần tử hoặc giọt, ″ môi trường bên ngoài.

Nhiệt độ trên bề mặt phân tử cao hơn nhiệt độ môi trường, tạo thành građien nhiệt độ Kết quả truyền bằng dẫn nhiệt và bức xạ vào môi trường Quá trình cháy càngnhanh khi kích thước phân tử càng nhỏ và nhiệt độ môi trường, mật độ ôxy càng cao

Thời gian cháy hoàn toàn phần tử nhiên liệu rắn, gần đúng theo công thức:

27 http://www.ebook.edu.vn

t

= β δ0 2

T O2

Ở đây: β - hằng số vật lý, tuỳ thuộc loại nhiên liệu

δ0- kích thước ban đầu của phần tử

T vàO2 - nhiệt độ tuyệt đối của môi trường và nồng độ ôxy trong môi trường

Cơ cấu cháy đối với giọt nhiên liệu lỏng khác với phần tử nhiên liệu rắn Quá trình cháy không xảy ra trên bề mặt của nó, mà xảy ra trong không gian bao quanh lớpkhí giới hạn Nhiệt độ trên bề mặt giọt nhiên liệu lỏng bằng nhiệt độ sôi của chính phầnnhiên liệu này Trong lớp giới hạn có građien nhiệt độ, xuất hiện dòng nhiệt truyền tới

bề mặt phần tử, nhờ vậy xảy ra bốc hơi Dòng hơi nhiên liệu truyền qua lớp giới hạnbằng khuếch tán phân tử vào môi trường xung quanh Hơi này trộn với ôxy với tỷ lệthích hợp bao quanh giọt nhiên liệu bốc cháy

1.4 Phản ứng cháy

Trong lò đốt của liên hợp lò hơi xảy ra phản ứng cháy nhiều pha cácbon và lưuhuỳnh, phản ứng cháy đồng nhất của hiđrô, ôxít cácbon , và các hyđrô cácbua khác

Phản ứng cháy của cácbon là phản ứng hoá học tương đối phức tạp Quá trình

cháy của cácbon đồng thời tạo thành axítcácboníc và ôxít cácbon:

xC + yO2 = mCO2 + nCO

Ở đây: x, y - là số phân tử C và O2 tham gia phản ứng

m,n – là số phân tử ôxít tạo thành

Trong trường hợp có đủ lượng ôxy cần thiết, phản ứng thứ hai giữa ôxít cácbonvới ôxy tạo thành axít cácboníc, diễn ra nhanh hơn nhiều lần so với phản ứng đầu.Trong thực tế khi cấp đủ lượng ôxy, ta có phản ứng cháy hoàn toàn:

C + O2 = CO2

1 mol + 1mol = 1mol (3) 12phần + 32phần = 44phần

khối lượng khối lượng khối lượng

Phản ứng cháy của S để tạo thành anhyđrítsunfua:

S + O2 = SO2

1mol + 1mol = 1mol (4)

32phần khối + 32phần khối = 64phần khối

lượng lượng lượng

Phản ứng của hyđrô, ôxít cácbon và hyđrô cácbua cũng là phản ứng phức tạp vì

nó là phản ứng dây chuyền Khi nhiệt độ tăng cao, phản ứng cháy tăng lên rất nhiều,

28 http://www.ebook.edu.vn

gấp hàng trăm lần so với phản ứng hoá thông thường Đó không phải chỉ do nhiệt độ

2mol + 1mol = 2mol

4phần khối +32phần khối = 36 phần khối

lượng lượng lượng (5) 2CO + O2 = 2CO2

2mol + 1mol = 2mol

56phần khối + 32 phần khối = 88 phần khối

lượng lượng lượng

Phương trình cháy hyđrôcácbon

lượng lượng lượng lượng

Tốc độ phản ứng cháy phụ thuộc vào nhiệt độ, dẫn tới tập trung ôxy trong khôngkhí, sử dụng để cháy, có phản ứng đồng nhất, cũng như sự tập trung khí cháy trong hỗnhợp khí cháy

1.5.Giai đoạn tạo xỉ

những chất rắn không cháy được nhưng không bị nóng chảy Xỉ là tro nóng chảy tạo

thành

Trong quá trình cháy, dưới tác động của nhiệt, thành phần nhiên liệu sẽ có thay

bốc hơi nước ở nhiệt độ 5000C

Ở nhiệt độ cao, sẽ có phản ứng phân huỷ:

29 http://www.ebook.edu.vn

FeCO3→ FeO + CO2↑ ( 7 )

CaCO3 → CaO + CO2↑

MgCO3→ MgO + CO2↑

Tiếp tục tăng nhiệt độ, các thành phần tro nóng chảy Kim loại kiềm và hợp chất của

Những trung tâm hoạt tính như các nguyên tử tự do hyđrô, ôxy hoặc gốc OH Trongquá trình cháy dây truyền lại có thể tạo ra nhiều trung tâm hoạt tính mới nữa

Nghiên cứu sự cháy của hyđrô chỉ ra nó đặc trưng cho nhiều phản ứng đồng thời, phứctạp Phân tử hyđrô va chạm với phân tử M bất kỳ với tốc độ vượt quá giới hạn đã biết, tách thành hai nguyên tử hyđrô theo phương trình

dây chuyền cháy của Hyđrô

Phần tử OH tác dụng với hyđrô theo phương trình

OH + H2→ H2O + H ( c )

Xuất hiện hai sản phẩm cuối cùng: hơi nước và hai nguyên tử hyđrô, đưa vào phản ứng

(a), bắt đầu hai chu kỳ song song mới.Nguyên tử ôxy phản ứng với phân tử hyđrô theo

phương trình :

O + H2→ OH + H

Hai phân tử tạo thành đưa vào phản ứng (c), sẽ có hai nguyên tử H tạo thành đưa vào

phản ứng (b), bắt đầu bốn chu kỳ mới (Hình 2.2)

Phản ứng cháy dây truyền của ôxítcácbon chỉ xảy ra khi trong hỗn hợp

30 http://www.ebook.edu.vn

trong phản ứng (a) đưa vào phản ứng (b) Kết quả là tạo thành phân tử OH và nguyên tửôxy.Cuối cùng có phản ứng:

H2O + O → 2OHTạo thành hai phân tử hyđrôxít Ba phân tử hyđrôxít đưa vào phản ứng:

OH + CO → CO2 + HTạo ra ba phân tử cuối cùng CO2 và ba nguyên tử hyđrô, cho một dây truyền mới

Ngoài ra, nguyên tử ôxy tạo nên từ phản ứng (4.7) có thể đưa vào phản ứng với CO tạo,

Căn cứ vào tính chất và nhiệt độ nóng chảy của tro, ta có thể lựa chọn phươngpháp thải tro thích hợp,thải ở 8500C, thải xỉ khô ở nhiêt độ cao

5 - PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO LÒ ĐỐT

5.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với buồng lửa

Buồng lửa là hệ thống thiết bị và không gian để tiến hành đốt cháy nhiên liệu

Để đảm bảo hiệu suất làm việc tốt, cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Có khả năng đốt cháy các loại nhiên liệu khác nhau với hệ số thừa khôngkhí thấp; tổn thất nhiệt ít nhất khi phụ tải thay đổi lớn

- Kích thước nhỏ, tiết kiệm nhiên liệu Nâng cao cường độ cháy và cường độtruyền nhiệt Tăng cường độ cháy, phải tạo hỗn hợp nhiên liệu và ôxy hợp lý Muốntăng khả năng truyền nhiệt, phải tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt bức xạ; lựa chọnphương pháp chuyển động của môi chất thích hợp

- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, tiết kiệm

- Vận hành và bảo dưỡng dễ dàng

5.2 Phân loại buồng lửa (lò đốt)

Phân loại buồng lửa theo dạng nguyên liệu có: buồng lửa đốt nhiên liệu rắn, buồng lửa đốt nhiên liệu lỏng và buồng lửa đốt nhiên liệu khí

Buồng lửa đốt cháy nhiên liệu theo lớp hiện nay là phổ biến nhất Loạibuồng lửa này chia làm ba loại:

- Buồng lửa có ghi cố định, lớp nhiên liệu nằm trên nó cố định

- Buồng lửa có ghi cố định, lớp nhiên liệu nằm trên nó di động

31 http://www.ebook.edu.vn

- Buồng lửa có ghi chuyển động, lớp nhiên liệu nằm trên nó chuyển động Đơn giản nhất là loại buồng lửa có ghi nằm ngang thao tác thủ công (Hình 2.3 a).

Buồng lửa loại này dùng cho lò hơi có năng suất hơi rất nhỏ (1 ÷ 2Tấn/h) Cấu tạo

buồng lửa gồm: ghi, buồng cháy và buồng dẫn không khí

Nhiên liệu dưa vào qua cửa lò 1 Cửa lò bình thưòng đóng kín để hạn chế thấtthoát nhiệt và ngăn ngừa không khí lạnh vào lò Gió cung cấp từ gầm ghi xuyên qua lớpnhiên liệu có thể điều chỉnh được Trang bị quan trọng, ảnh hưởng tới quá trình làm việc

và hiệu xuất của buồng lửa là ghi lò Ghi chế tạo bằng gang và nằm cố định (Hình 2.3b) thường có hai loại: ghi thanh và ghi tấm Các thanh ghi sau khi ghép có nhiều kẽ hở chogió đi qua

+ Quá trình cháy của nhiên liệu trên ghi cố định

Quá trình cháy nhiên liệu rắn gồm các pha sau: sấy khô nhiên liệu, tách và làm cháy các chất bốc, bắt lửa và đốt cháy cốc của nhiiên liệu và pha cuối là tro, xỉ

Quá trình cháy bao giờ cũng gồm hai phần: cháy chất bốc ở lớp trên nhiên liệu

và cháy cốc ở phần chính của nhiên liệu Đối với lớp nhiên liệu có độ dày lớn nằm trênghi cố định, sẽ tạo nên nhiều lớp và vùng ngang.(Hình 2.4)

Trong lớp, nhiên liệu cháy thường tách ra: phần trên - vùng nhiên liệu mới, đượcsấy, khí hoá và bắt lửa Phần giữa gồm ba vùng cháy cốc Phần dưới vùng tro xỉ Nhưvậy, các giai đoạn của quá trình cháy từ sấy, sinh chất bốc, chất bốc cháy đã xảy ra ởvùng từ trên xuống Kích thước mỗi vùng phụ thuộc vào chiều cao lớp nhiên liệu Nhiênliệu càng có nhiều chất bốc thì nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa càng lớn, nhiệtlượng sinh ra trên ghi càng bé, do chất bốc sau khi thoát ra sẽ cháy trong không gianbuồng lửa Đối với than ăngtraxít ít chất bốc, nên nhiệt lượng sinh ra sẽ thực hiện tronglớp nhiên liệu nằm trên mặt ghi Lượng ôxy cung cấp từ dưới lên làm cho cốc trong xỉchưa cháy hết sẽ tiếp tục cháy Không khí đã nóng sẽ cung cấp cho lớp đang cháy vàlượng ôxy giảm dần cho tới hết Vùng ôxy hoá là vùng ôxy dùng để ôxy hoá cácbon.Trên mặt giới hạn lớp oxy hoá, trị số CO2đạt giá trị cực đại, nhiệt độ cao nhất, nồng độôxy giảm còn từ 1÷2% Tiếp tục đi lên là lớp hoàn nguyên, thiếu ôxy nên cácbon hoànnguyên thành CO dưới nhiệt độ cao Điều này có nghĩa là lượng CO2 giảm dần, lượng

CO tăng dần Ta biết rằng phản ứng hoàn nguyên thu nhiệt, do đó nhiệt độ giảm dầntheo chiều cao

Kích thước vùng ôxy hoá và vùng hoàn nguyên phụ thuộc vào đặc điểm củanhiên liệu (chất bốc, cỡ hạt, độ tro ) vào chiều dày lớp than và nhiệt độ buồng lửa Đểđạt hiệu suất nhiệt cao, cần giảm tới mức tối thiểu thành phần CO trong sản phẩm cháy (tức giảm chiều dày lớp hoàn nguyên)

32 http://www.ebook.edu.vn

Lớp nhiên liệu càng dày thì lớp hoàn nguyên càng lớn, tổn thất nhiệt càng nhiều.

Lớp nhiên liệu quá mỏng, điều kiện bốc cháy của nhiên liệu xấu đi Chiều dày của lớp

nhiên liệu phụ thuộc vào chiều dày của lớp ôxy hoá Chiều dày của lớp ôxy hoá phụ

thuộc vào kích thước hạt than, hàm lượng chất bốc, độ tro Vì thế với mỗi loại nhiên

liệu có một chiều dày thích hợp

33 http://www.ebook.edu.vn

g)

Hình 2.3 Lò đốt nhiên liệu rắn theo lớp

a – Ghi ngang thủ công; b – Lò có lớp nhiên liệu di động kiểu hất; c – Lò ghi xích;

d – Lò ghi xích chuyển động ngược có cơ cấu hất nhiên liệu; e – Lò có thanh cời lửa;

g – Lò ghi nghiêng; h – Lò tự chảy

ghi lò ghi lò

a) Không khí Nồng độ Nhiệt độ 0 C Không khí b)

Hình 2.4 Sơ đồ quá trình cháy nhiên liệu rắn trong lớp cố định

a – Quá trình sinh khí b – Quá trình trong lò

Bảng 2.1 Chiều dày hợp lý của lớp nhiên liệu trên ghi lò

Buồng lửa ghi thủ công Buồng lửa ghi xíchĂngtraxÝt cã cì h¹t 2 ÷ 5 mm

300 ÷ 90040020034

200200200

700 ÷ 900

700 ÷ 900

8 ÷ 120http://www.ebook.edu.vn

ênp nh

iớL

600 ữ 1500

8 ữ 120

+ Loại lò có ghi chuyển động: Nhiên liệu cũng chuyển động trên nó, có nhiều kiểu

khác nhau Nhiên liệu đ ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển o băng ghi xích chuyển−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển

động rất chậm (thay đổi tốc độ từ 2 ữ30 m/h) Để bảo đảm cho động cơ điện khỏi bị ảnh

h ởng trực tiếp ở vμo băng ghi xích chuyểnùng nhiệt độ cao, ng ời ta bố trí động cơ vμo băng ghi xích chuyển bộ giảm tốc ở phía tr ớc −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyểnbuồng lửa L ợng cung cấp nhiên liệu thay đổi bằng điều chỉnh khe hở cửa ra Không−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyểnkhí cung cấp cho quá trình cháy đ ợc quạt thổi từ d ới lên thông qua các hộc gió có thể−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

điều chỉnh đ ợc.−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

a)

b)

Hình 2.5 Buồng lửa ghi xích.

a – Buồng lửa b – Các kiểu ghi xích

Hai phía bên buồng lửa do tiếp xúc trực tiếp vμo băng ghi xích chuyểnới nhiên liệu cháy nên rất nóng Ng ời−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

ta bố trí hộp l m mát ghi bố trí ở hai t ờng bên buồng lửa Môi chất l m mát l n ớc Để μo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

sử dụng n ớc l m mát đã hấp thụ nhiệt, các hộp l m mát ghi đ ợc nối vμo băng ghi xích chuyểnới vμo băng ghi xích chuyểnòng tuần của−ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

lò Hộp l m mát ghi trở th nh những ống góp t ờng bên μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển

35 http://www.ebook.edu.vn

Chiều rộng của ghi 1,4 ữ 4,5 m Buồng lửa rộng hơn 2 m phải l m cửa trang thanμo băng ghi xích chuyển

ở hai bên t ờng lò Chiều d i l m vμo băng ghi xích chuyểniệc của ghi từ 5,5 −ợc cấp liên tục từ bộ phận cấp liệu 1 vμo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển ữ 8 m Do đó diện tích lớn nhất của

mặt ghi cũng chỉ l 36 mμo băng ghi xích chuyển 2,chính vμo băng ghi xích chuyểnì thế công suất buồng lửa ghi xích bị hạn chế

+ Quá trình cháy trong buồng lửa ghi xích

Trong quá trình l m vμo băng ghi xích chuyểniệc, lớp nhiên liệu chuyển động đồng thời vμo băng ghi xích chuyểnới ghi; quáμo băng ghi xích chuyển

trình xảy ra theo chiều d i ghi ở các giai đoạn từ sấy nhiên liệu tới tạo xỉ, nghĩa l quá μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển

trình xảy ra đồng thời vμo băng ghi xích chuyển liên tục trên ghi Vị trí các giai đoạn n y giữ cố định trên ghi, μo băng ghi xích chuyển μo băng ghi xích chuyển

khi tốc độ ghi không thay đổi

Ngọn lửa chỏy

Vựng chỏy kiệt

Nhiờn liệu mới Vựng chuẩn bị Vựng ụxy hoỏ Vựng chỏy

Khụng khớ

Hỡnh 2.6 Sơ đồ phỏt triển cỏc giai đoạn chỏy nhiờn liệu trờn ghi xớch.

Ở vựng sấy nhiờn liệu, chất bốc sinh ra và bốc chỏy Nguồn gia nhiệt là bức xạ

của buồng lửa, ngoài ra cũn dẫn nhiệt từ vựng chỏy cốc bờn và giú núng thổi từ dưới

lờn Quỏ trỡnh sấy và chỏy nhiờn liệu xảy ra từ trờn xuống Mặt khỏc do lớp nhiờn liệu

chuyển động từ trước ra sau làm quỏ trỡnh chỏy xảy ra theo chiều xiờn trờn ghi

Độ nghiờng đường xiờn phụ thuộc tốc độ ghi Tốc độ chuyển động của ghi càng

lớn, thỡ cỏc vựng chỏy càng kộo dài (gúc nghiờng càng nhỏ)

Phõn bố cỏc vựng trờn ghi chỉ trờn hỡnh vẽ (Hỡnh 2.6)

Đặc điểm của vựng chỏy cốc là phản ứng xảy ra cả từ trờn xuống và từ dưới lờn; do đú

đường ranh giới giữa vựng chỏy cốc và chỏy xỉ cú độ nghiờng từ dưới lờn Trong vựng

chỏy cốc, cốc tự chỏy khi tiếp xỳc với khụng khớ thổi từ dưới lờn, đạt được nhiệt độ khỏ cao Lượng tiờu thụ ụxy tăng dần lờn qua cỏc vựng và cực đại trong vựng chỏy cốc Hàm lượng CO2đạt tới cực đại, hàm lượng ụxy cungcấp càng lờn cao càng ớt, gõy rahiện tượng thiếu ụxy Cỏc hạt cốc ở trờn đó hoàn nguyờn CO2 sinh ra từ lớp dưới ở nhiệt

độ khỏ cao Lượng CO càng đạt cực đại tại vựng chỏy cốc do đúlượng CO2 sinh ra cúgiảm đi ở vựng chỏy cốc (ứng với vựng hoàn nguyờn )

Tại vựng chỏy kiệt xỉ, thành phần cỏc khớ chỏy giảm xuống bằng khụng; tỉ lệ ụxytăngdần bằng tỷ lệ ụxy trong khụng khớ (21%) ở cuối ghi

36 http://www.ebook.edu.vn